TWI687017B - 電源供應裝置及電源供應方法 - Google Patents

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Abstract

一種電源供應裝置及電源供應方法。電源供應裝置包括電源切換器以及供應電源產生器。電源切換器透過第一開關以及第二開關以分別接收第一電源以及第二電源。供應電源產生器針對第一電源或第二電源進行電壓轉換動作以產生供應電源。當供應電源產生器判斷第一電源產生斷電時，在第一時間區間，第一開關被斷開且供應電源產生器停止電壓轉換動作。在第二時間區間中，第二開關被導通，且在第二開關被導通後，供應電源產生器重新執行電壓轉換動作以產生供應電源。

Description

電源供應裝置及電源供應方法
本發明是有關於一種電源供應裝置及電源供應方法，且特別是有關於一種不斷電系統的電源供應裝置及電源供應方法。
在習知的技術領域中，不斷電系統的電源供應裝置透過電源自動切換開關(Automatic Transfer Switch,ATS)來進行主要電源以及輔助電源間的切換動作。請參照圖1繪示的電源自動切換開關的電路圖。習知的電源自動切換開關100包括多個開關SWA1~SWA4，其中開關SWA1、SWA2分別耦接火線L1、L2，開關SWA3、SWA4分別耦接中性線N1、N2。火線L1、中性線N1以及地線FG1用以接收電源VP1，火線L2、中性線N2以及地線FG2用以接收電源VP2。
當電源VP1存在時，開關SWA1、SWA3導通，且開關SWA2、SWA4斷開，並提供電源VP1以在火線LA以及中性線NA間產生選中電源VS1。在當選中電源VS1斷電時，開關SWA1、SWA3斷開，且開關SWA2、SWA4導通。電源自動切換開關100 變更選擇電源VP2以作為選中電源VS1，以維持電源供應動作。
值得注意的，在當開關SWA1~SWA4進行切換動作的過程中，電路中存在的電流，會導致電弧狀況的發生。並且，開關SWA1~SWA4切換過程中的彈跳現象，會對應產生高頻雜訊，並影響自身以及周邊電路的運作。
本發明提供一種電源供應裝置及電源供應方法，有效降低電源切換時所產生的電弧現象及避免開關彈跳所產生的影響。
本發明的電源供應裝置包括電源切換器以及供應電源產生器。電源切換器透過第一開關以及第二開關以分別接收第一電源以及第二電源。供應電源產生器耦接電源切換器，接收並針對第一電源或第二電源進行電壓轉換動作以產生供應電源。其中，當第一電源斷供應電源產生斷電時，在第一時間區間，第一開關被斷開且供應電源產生器停止電壓轉換動作，在第二時間區間中，第二開關被導通，且在第二開關被導通後，供應電源產生器重新執行電壓轉換動作以產生供應電源，第一時間區間在第二時間區間之前。
本發明的電源供應方法包括：提供電源切換器以透過第一開關以及第二開關以分別接收第一電源以及第二電源；提供供應電源產生器以針對第一電源或第二電源進行電壓轉換動作以產生供應電源；當第一電源斷供應電源產生斷電時，在第一時間區 間使第一開關被斷開且使供應電源產生器停止電壓轉換動作；以及，在第一時間區間後的第二時間區間中，使第二開關被導通，且在第二開關被導通後，提供供應電源產生器重新執行電壓轉換動作以產生供應電源。
基於上述，本發明中的電源供應器，在當進行第一電源與第二電源的切換過程中，基於供應電源產生器的電壓轉換動作已被停止，可有效防止電弧現象的發生，並避免開關彈跳所產生的影響，提供電源供應器的工作效能。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100:電源自動切換開關
200、300:電源供應裝置
210、310:電源切換器
220、320:供應電源產生器
321、500:功率因素調整電路
322:輸出級電路
330:系統端
510:整流器
520:控制器
530:電壓轉換器
SW1、SW2、SW3、SWA1~SWA4:開關
L1、L2、LA:火線
N1、N2、NA:中性線
FG1、FG2:地線
VP1、VP2:電源
VSUP:供應電源
VS1:選中電源
C1、C2:電容
AC_OK:電源異常信號
PFC_ON/OFF:電源啟閉信號
T1:電晶體
LL1:電感
D1:二極體
S610~S640:電源供應步驟
圖1繪示的電源自動切換開關的電路圖。
圖2繪示本發明一實施例的電源供應裝置的示意圖。
圖3繪示本發明另一實施例的電源供應裝置的示意圖。
圖4A至圖4E繪示電源供應裝置的動作方式示意圖。
圖5繪示本發明實施例的功率因素調整電路的實施方式的示意圖。
圖6繪示本發明一實施例的電源供應方法的流程圖。
請參照圖2，圖2繪示本發明一實施例的電源供應裝置的示意圖。電源供應裝置200包括電源切換器210以及供應電源產生器220。電源切換器210可以為電源自動切換開關，並具有開關SW1以及SW2。開關SW1耦接至火線L1，開關SW2則耦接至火線L2。電源切換器210透過火線L1以及中性線N1接收電源VP1，電源切換器210並透過火線L2以及中性線N2接收電源VP2。其中，電源切換器210透過開關SW1以接收電源VP1來產生選中電源VS1，或透過開關SW2以接收電源VP2來產生選中電源VS1。
供應電源產生器220耦接電源切換器210。供應電源產生器220接收選中電源VS1，並針對選中電源VS1進行電壓轉換動作以產生供應電源VSUP。具體來說明，當開關SW1導通(開關SW2斷開)時，供應電源產生器220針對等於電源VP1的選中電源VS1進行電壓轉換動作以產生供應電源VSUP。相對的，當開關SW2導通(開關SW1斷開)時，供應電源產生器220針對等於電源VP2的選中電源VS1進行電壓轉換動作以產生供應電源VSUP。
上述的電壓轉換動作可以為升壓式電壓轉換動作。在本發明其他實施例中，上述的電壓轉換動作或可以為降壓式、反馳式電壓轉換，沒有特別的限定。
關於電源供應裝置200的動作細節，在當電源VP1存在時，電源切換器210可透過導通開關SW1(斷開開關SW2)以接收電源VP1，並提供電源VP1以作為選中電源VS1。在本實施例 中，電源VP1可以為主要電源，電源VP2則可以為輔助電源。
在當電源VP1發生斷電時，電源切換器210可偵測到電源VP1的消失狀態，並在第一時間區間中，使開關SW1被斷開，且使供應電源產生器220中的電壓轉換動作停止。接著，在第一時間區間後的第二時間區間，電源切換器210可使開關SW2導通，接收電源VP2並提供電源VP2以作為選中電源VS1。值得注意的，基於此時供應電源產生器220的電壓轉換動作是停止的，因此開關SW2上的電流幾乎等於0。也因此，開關SW2的切換動作可達到零電流切換，不致產生電弧狀態。並且，開關SW2的切換動作所產生的彈跳現象也不會產生足以影響電路動作的高頻雜訊，維持電源供應裝置200的工作效能。
以下請參照圖3，圖3繪示本發明另一實施例的電源供應裝置的示意圖。電源供應裝置300包括電源切換器310以及供應電源產生器320。電源切換器310具有開關SW1以及SW2。開關SW1耦接至火線L1，開關SW2則耦接至火線L2。電源切換器310透過火線L1以及中性線N1接收電源VP1，電源切換器310並透過火線L2以及中性線N2接收電源VP2。其中，電源切換器310透過開關SW1以接收電源VP1來產生選中電源VS1，或透過開關SW2以接收電源VP2來產生選中電源VS1。供應電源產生器320包括功率因素調整電路321、電容C1以及輸出級電路322。電源供應裝置300用以提供供應電源VSUP至系統端330。
此外，功率因素調整電路321中具有開關SW3。開關SW3 為一功率開關，並用以交互導通及斷開，來執行電壓轉換動作。電容C1則用以儲存供應電源產生器320所產生的供應電源VSUP的電能。輸出級電路322則可以為本領域具通常知識者所熟知的輸出緩衝器，用以提供供應電源VSUP至系統端330。
關於電源供應裝置300的動作細節，請參照圖4A至圖4E繪示的電源供應裝置的動作方式示意圖。在圖4A中，電源切換器310判斷出電源VP1發生斷電的現象，並在第一時間區間使耦接電源VP1的開關SW1斷開。在此同時開關SW2同為斷開的狀態，因此，電源切換器310提供的選中電源VS1為斷電的狀態。
相對應的，供應電源產生器320中的功率因素調整電路321在電源VP1斷電時，可發送電源異常信號AC_OK。其中，電源異常信號AC_OK可被傳送至系統端330或其他外部電子裝置。
接著，在圖4B中，在第一時間區間中，系統端330可依據電源異常信號AC_OK來產生電源啟閉信號PFC_ON/OFF，並傳送電源啟閉信號PFC_ON/OFF至功率因素調整電路321。功率因素調整電路321可依據電源啟閉信號PFC_ON/OFF以停止電壓轉換動作的執行，並使開關SW3保持在斷開的狀態。
在此同時，系統端330所需要的電能可由電容C1所儲存的電能來供應。
值得一提的，電源啟閉信號PFC_ON/OFF非必要由系統端330來提供。在本發明其他實施例中，功率因素調整電路321可依據電源異常信號AC_OK來產生電源啟閉信號PFC_ON/OFF， 或者，當電源異常信號AC_OK被傳送至外部電子裝置時，電源啟閉信號PFC_ON/OFF可由外部電子裝置來提供，沒有特定的限制。
附帶一提，電源異常信號AC_OK可以用以指示選中電源VS1有無發生斷電現象。舉例來說明，電源異常信號AC_OK可以為一邏輯信號。當電源異常信號AC_OK為第一邏輯準位時，選中電源VS1為斷電狀態，當電源異常信號AC_OK為第二邏輯準位時，選中電源VS1為正常(非斷電)狀態，其中第一邏輯準位與第二邏輯準位相反。電源啟閉信號PFC_ON/OFF則用以指示功率因素調整電路321的電壓轉換動作的開啟與停止。其中，當電源啟閉信號PFC_ON/OFF為第一邏輯準位時，可指示功率因素調整電路321的電壓轉換動作需被開啟，相對的，當電源啟閉信號PFC_ON/OFF為第二邏輯準位時，可指示功率因素調整電路321的電壓轉換動作需被提停止。
接著請參照圖4C，在第一時間區間後的第二時間區間中，開關SW2被導通。電源切換器310接收電源VP2，並提供電源VP2以產生選中電源VS1。此時選中電源VS1恢復為非斷電狀態。
在圖4D中，基於選中電源VS1為非斷電狀態，功率因素調整電路321產生例如為第二邏輯準位的電源異常信號AC_OK，以指示選中電源VS1目前為正常狀態，並將電源異常信號AC_OK傳送至系統端330。在圖4E中，系統端330對應指示選中電源VS1目前為正常狀態的電源異常信號AC_OK來產生電 源啟閉信號PFC_ON/OFF。並提供電源啟閉信號PFC_ON/OFF至功率因素調整電路321，以使功率因素調整電路321的電壓轉換動作重新啟動。在此同時，功率因素調整電路321針對選中電源VS1(等於電源VP2)以執行電壓轉換動作來產生供應電源VSUP。
值得注意的，在圖4C中，當開關SW2由斷開變更為導通的狀態時，功率因素調整電路321的電壓轉換動作是停止的。因此，此時開關SW2的切換動作，可以在零電流的狀態下進行，可有效避免電弧現象以及彈跳動作所產生的高頻雜訊。
請參照圖5，圖5繪示本發明實施例的功率因素調整電路的實施方式的示意圖。功率因素調整電路500包括整流器510、控制器520以及電壓轉換器530。整流器510接收選中電源VS1以轉換交流形式的選中電源VS1以產生直流電源。整流器510可以是全橋式、半橋式或線性準位控制(line level control,LLC)諧振轉換器。電壓轉換器530包括電晶體T1、電感LL1、二極體D1以及電容C2。電晶體T1可以建構如圖3所示的開關SW3。控制器520可提供控制信號至電晶體T1的閘極，並用以控制電晶體T1的導通及斷開動作。上述的控制信號可以為脈寬調變(pulse width modulation,PWM)信號。
此外，控制器520可接收電源啟閉信號PFC_ON/OFF，並在當電源啟閉信號PFC_ON/OFF指示電壓轉換動作須停止時，使電晶體T1維持在斷開的狀態。相對的，在當電源啟閉信號PFC_ON/OFF指示電壓轉換動作須開啟時，控制器520產生控制 信號使電晶體T1交錯的導通及斷開，並配合電感LL1以進行升壓式電壓轉換動作，並藉以產生輸出電源VOUT。
以下請參照圖6，圖6繪示本發明一實施例的電源供應方法的流程圖。其中，步驟S610提供電源切換器以透過第一開關以及第二開關以分別接收第一電源以及第二電源；步驟S620提供供應電源產生器以針對第一電源或第二電源進行電壓轉換動作以產生供應電源；步驟S630在當第一電源產生斷電時，在第一時間區間使第一開關被斷開且使供應電源產生器停止電壓轉換動作；以及，步驟S640則在第一時間區間後的第二時間區間中，使第二開關被導通，且在第二開關被導通後，提供供應電源產生器重新執行電壓轉換動作以產生供應電源。
關於上述步驟的實施方式以及實施細節，在前述的實施例中已有詳盡的說明，以下恕不多贅述。
綜上所述，本發明透過在電源發生斷電，而需要進行電源切換動作時，先使電源供應器中的電壓轉換動作停止，並在電壓轉換動作停止的條件下，進行電源間的切換動作。藉此可達到開關進行零電流切換，並在零電流切換的條件下，可避免電弧現象的發生，以及避免開關彈跳現象所造成的高頻雜訊的現象。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
200:電源供應裝置
210:電源切換器
220:供應電源產生器
SW1、SW2:開關
L1、L2:火線
N1、N2:中性線
VP1、VP2:電源
VSUP:供應電源
VS1:選中電源

Claims (15)

  1. 一種電源供應裝置，包括：一電源切換器，透過一第一開關以及一第二開關以分別接收一第一電源以及一第二電源；以及一供應電源產生器，耦接該電源切換器，接收並針對該第一電源或該第二電源進行一電壓轉換動作以產生一供應電源，其中，當該供應電源產生器判斷該第一電源產生斷電時，在一第一時間區間，該第一開關被斷開且該供應電源產生器停止該電壓轉換動作，在一第二時間區間中，該第二開關被導通，且在該第二開關被導通後，該供應電源產生器重新執行該電壓轉換動作以產生該供應電源，該第一時間區間在該第二時間區間之前。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電源供應裝置，其中該供應電源產生器在該第一電源斷電時，發送一電源異常信號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的電源供應裝置，其中該供應電源產生器依據該電源異常信號以停止該電壓轉換動作。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的電源供應裝置，其中該電源異常信號被傳送至一系統端，該系統端並依據該電源異常信號以傳送一電源啟閉信號至該供應電源產生器，並使該供應電源產生器依據該電源啟閉信號以停止該電壓轉換動作。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電源供應裝置，其中該供應電源產生器在該第二開關被導通並接收到該第二電源時，停止發送該電源異常信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的電源供應裝置，其中該供應電源產生器停止發送該電源異常信號後，重新執行該電壓轉換動作。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的電源供應裝置，其中在該電源異常信號停止被發送後，該系統端變更該電源啟閉信號，並使該供應電源產生器依據該電源啟閉信號以重新執行該電壓轉換動作。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的電源供應裝置，其中該供應電源產生器包括：一功率因素調整電路，耦接該電源切換器，接收並依據該第一電源或該第二電源以進行該電壓轉換動作以產生一輸出電源；一電容，耦接該功率因素調整電路，依據該輸出電源以儲存電能；以及一輸出級電路，耦接該功率因素調整電路，依據該輸出電源以產生該供應電源。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的電源供應裝置，其中該功率因素調整電路為升壓式電壓轉換器。
  10. 一種電源供應方法，包括：提供一電源切換器以透過一第一開關以及一第二開關以分別接收一第一電源以及一第二電源；提供一供應電源產生器以針對該第一電源或該第二電源進行一電壓轉換動作以產生一供應電源； 當判斷該第一電源產生斷電時，在一第一時間區間使該第一開關被斷開且使該供應電源產生器停止該電壓轉換動作；以及在該第一時間區間後的一第二時間區間中，使該第二開關被導通，且在該第二開關被導通後，提供該供應電源產生器重新執行該電壓轉換動作以產生該供應電源。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的電源供應方法，其中當該第一電源產生斷電時，在該第一時間區間使該第一開關被斷開且使該供應電源產生器停止該電壓轉換動作的步驟包括：提供該供應電源產生器在該第一電源斷電時，發送一電源異常信號；以及提供該供應電源產生器依據該電源異常信號以停止該電壓轉換動作。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的電源供應方法，其中提供該供應電源產生器依據該電源異常信號以停止該電壓轉換動作的步驟包括：使該電源異常信號被傳送至一系統端；提供該系統端以依據該電源異常信號來傳送一電源啟閉信號至該供應電源產生器；以及提供該供應電源產生器以依據該電源啟閉信號來停止該電壓轉換動作。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的電源供應方法，其中使該第二開關被導通，且在該第二開關被導通後，提供該供應電源產生器重新執行該電壓轉換動作以產生該供應電源的步驟包括：提供該供應電源產生器在該第二開關被導通並接收到該第二電源時，停止發送該電源異常信號；以及提供該供應電源產生器在停止發送該電源異常信號後，重新執行該電壓轉換動作。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的電源供應方法，其中提供該供應電源產生器在停止發送該電源異常信號後，重新執行該電壓轉換動作的步驟包括：在該電源異常信號停止被發送後，提供該系統端以變更該電源啟閉信號，並提供該供應電源產生器依據該電源啟閉信號以重新執行該電壓轉換動作。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的電源供應方法，其中該電壓轉換動作為升壓電壓轉換動作。
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